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1、第十章 传热过程分析与换热器热计算传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程。（两个流体通过壁面的换热过程。）【传热过程是传热学中特指的概念】 传热方程式：式中：K为传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过程，K的计算公式不同。10.1 传热过程的分析和计算1. 通过平壁的传热说明： (1) h1和h2的计算；（2）如果计及辐射，换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数)一、传热方程中的总传热系数2. 通过圆管的传热hiho说明： 也可以以内表面为基准。3. 带保温层的金属圆管传热 临界热绝缘直径圆管外敷保温层后：可见，保温层使得导热热阻增加，换热削弱；降低对流换热热阻
2、，使得换热增强，那么，综合效果到底是增强还是削弱呢？可见，确实是有一个极值存在。也就是说，do2在do1 dcr之间，是增加的，当do2大于dcr时， 降低。or4. 通过肋壁的传热（定性分析 ）A1A2Ai本质上，在圆管外设置肋片和敷设保温层，都使对流换热热阻降低而导热热阻增加。但是，一般情况下，保温层使导热热阻增加较多，而使换热热阻降低较少，从而，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；而设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，从而，使总热阻下降，起到强化传热的作用。二、传热方程中的平均传热温差实际传热过程中，通常，两个流体的温度随着传热的流程都在变化，如下图：如何计算平均传热温差？平均
3、传热温差与传热器的形式有关！严格上，仅在dA时成立10.2 换热器的型式1 换热器的定义：用于使热量从热流体传递到冷流 体，以满足规定工艺要求的装置。2 换热器的分类：混合式：换热换热 器内冷、热热流体直接接触、互相混合来实现实现热热量交换换。蓄热式：冷、热两种流体依次交替地流过换热器的同一换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换。 间壁式：换热器内冷、热流体由壁面隔开，热量由热流体到冷流体传递过程是由热流体与壁面间的对流换热、壁的导热、壁面与冷流体间的对流换热三个环节组成的传热过程。（应用最广泛） 3 间壁式换热器的主要型式(1) 套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺流和逆流两种，适
4、用于传热量不大或流体流量不大的情形(2) 管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程。(3) 交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、管翅式和板翅式三种。1 简单顺流、逆流换热器的平均传热温差10.3 平均传热温差顺流和逆流的区别在于：顺流：逆流：或者我们也可以将对 数平均温差写成如下 统一形式(顺流和逆 流都适用)(1)顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆 流的 最大，顺流的 则最小；(2)顺流时 ，而逆流时， 则可能小于 。InOu
5、tInOut2 算术平均温差平均温差的一种最简单的形式是算术平均温差，即算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，当 时，两者的差别小于4；当 时，两者的差别小于2.3。通常，对逆流的对 数平均温差进行修 正以获得其他复杂 流动方式下的平均 温差。教程中图10-2310-26分别给出了管壳式换热器和交叉流式 换热器的 。式中：下标h、c分别表示两种流体，上角标 表示进口， 表示出口，图表中均以P为横坐标，R为参量。 值取决于无量纲参数 P和 R：1壳程，2、4、6、8 管程的 值 y10.4 换热器的传热计算换热换热 器的传热计传热计 算分为为两种类类型： 设计计设计计 算：根据换热换热 条件和
6、要求，设计设计 一台新换热换热 器，为为此需要确定换热换热 器的类类型、结结构及换热换热 面积积。 校核计计算：核算已有换热换热 器能否满满足换热换热 要求，一般需要计计算流体的出口温度、换热换热 量及流动动阻力等。换热换热 器计计算的两种方法：平均温差法和效能-传热单传热单 元数法 。 换热换热 器的参数：换热换热 面积积A、两侧侧流体的质质量流量 、进进口温度 ，出口温度 ，和换热换热 量 。 换热换热 器传热计传热计 算的平均温差法：换热换热 器传热计传热计 算的基本公式： 3个方程有8个独立变变量，只要知道其中5个变变量，可求其它3个 。1）设计计设计计 算（了解）：根据生产产任务务的
7、要求，给给定冷、热热流体的质质量流量 和进进出口4个温度中的3个，需确定换热换热 器的型式、结结构，计计算传热传热 系数k及换热换热 面积积A。 1) 设计计算步骤：(a) 根据给给定的换热换热 条件，如流体性质质、温度和压压力范围围等，选择换热选择换热 器类类型，布置换热换热 面，计计算换热换热 面两侧对侧对流换热换热 的表面传热传热 系数 及传热传热 系数k；(b) 根据给给定条件，由式求出未知的进进、出口温度及换热换热 量 ； (c) 由进进、出口4个温度及流动动型式求平均温差 ；(d) 由式 求出所需的换热换热 面积积A ;(e) 计计算换热换热 器的流动动阻力，如果阻力过过大，会加大
8、设备设备的投资资和运行费费用，须须改变变方案，重新设计设计 。 2）校核计计算：已知换热换热 器的换热换热 面积积A、两侧侧流体的质质量流量 、进进 口温度 等5个参数，需计计算热热、冷流体的出口温度 和换热换热 量 。 计计算步骤骤： (a) 先假设设一个流体的出口温度，热热平衡方程式求出换热换热 量 和另一个流体 的出口温度； (b) 根据流体的进进、出口4个温度求平均温差 ； (c) 计计算换热换热 面两侧侧的表面传热传热 系数 ，进进而求得总传热总传热 系 数k； (d)由式 求出换热换热 量 ; (e)比较较 与 ，如果相差较较大，再重新假设设流体出口温度 ，重复上述计计算，直到满满
9、意为为止。 10.5 传热的强化与削弱（自学）传热传热 工程技术术的两个方向：强化传热传热 技术术与削弱传热传热 技术术（又称隔热热保温技术术）。传热传热 工程技术术是根据现现代工业业生产产和科学实实践的需要而发发展起来的科学与工程技术术，其主要任务务是按照工业业生产产和科学实实践的要求来控制和优优化热热量传递过传递过 程。无论论是强化传热还传热还 是削弱传热传热 ，一般都是从改变传热变传热 温差 和改变传热热变传热热 阻两方面入手。 以换热换热 器内的传热过传热过 程为为例：传热传热 强化途径：（1）加大传热传热 温差 ；（2）减小传热热传热热 阻 。在冷、热热流体进进、出口温度相同的情况下
10、，逆流的平均温差最大，顺顺流的平均温差最小，因此从强化传热传热 的角度出发发，换热换热 器应应当尽量布置成逆流。 1）多布置换热换热 面，增加总传热总传热 面积积A，可降低总传热热总传热热 阻 ，加大传热传热 量。 2）降低污垢热阻。3）减小对流换热热阻Rh1、Rh2。如果两个热阻相差较大，应抓住主要矛盾，设法减小其中最大的热阻。强化对流换热的方法： （1）加大传热传热 温差（2）减小传热热传热热 阻1）扩扩展换热换热 面（加装肋片）2）改变换热变换热 面的形状、大小和位置如管内强迫对对流湍流换热换热用直径小的管子或者用椭圆椭圆 管代替圆圆管（减小当量直径） 都可以取得强化对对流换热换热 的效
11、果。 再如管外自然对对流换热换热 和凝结换热结换热 ，管子水平放置时时的表面传热传热 系数一般要高于和竖竖直放置。3）改变换热变换热 面表面状况如表面粗糙度，可以强化单单相流体的湍流换热换热 ；在换热换热 表面形成一层层多孔层层可以强化沸腾换热腾换热 ； 在换热换热 面上加工成沟槽或螺纹纹，或对换热对换热 表面进进行处处理造成珠状凝结结，是强化凝结换热结换热 的实实用技术术；增加表面黑度强化辐辐射换热换热 。 4）改变变流体的流动动状况 湍流换热换热 强度要大于层层流；对对流换热热换热热 阻主要集中在边边界层层；湍流换热换热 的主要热热阻在层层流底层层。加大流速实现实现 湍流换热换热 、增强流
12、体扰动扰动 、破坏边边界层层及层层流底层层，是强化对对流换热换热 的主要方法。 例题 1某逆流套管式换热器，用流量为0.9kg/s的油将流量为0.6kg/s的水从35加热到90。油的比热容为2.1kJ/(kg )，进入换热器的温度为175。假设水的比热容为4.2kJ/(kg )，该换热器的总传热系数为425 W/(m2 )。（1） 计算该换热器的换热面积；（2） 画出换热器冷、热流体温度变化曲线。例题 2某逆流套管式换热器，刚投入工作时的运行参数为：已知 qm1cp1=2500 W/K, k = 800 W/(m2.K)。运行一年后发现，在 qm1cp1，qm2cp2，及入口温度不变的情况下，由于积垢使得冷流体只能加热到162.确定此情况的（1）热流体出口温度；（2）污垢的热阻。例题 3习题6-39（需要迭代计算）作 业习题10-9习题10-13（1-2型壳管式换热器改为逆流换热器）
